Bình thường, cây quang hợp ánh sáng nhờ chất Chlorophyl hay còn gọi là chất diệp lục, tạo ra màu xanh cho lá cây. Tuy nhiên khi trời chuyển sang mùa thu hay mùa đông thì nhiệt độ giảm và ánh sáng mặt trời cũng giảm. Chất Chlorophyl phản ứng khá nhạy cảm với nhiệt độ và ánh sáng bên ngoài. Và thay vào đó cây sẽ sản sinh ra chất Carotenoid, khiến lá cây chuyển sang màu vàng.


Ngoài ra ở một số nước còn có những loại cây lá chuyển hẳn sang màu đỏ (như cây Phong ở Nhật Bản), đó là do chất Anthocyanin có trong những cây lá đỏ, chúng được sản sinh quanh năm.

Theo những nghiên cứu mới nhất, thì cây chuyển màu lá là do chúng đang phản ứng với điều kiện khắc nghiệt của môi trường như nhiệt độ, hay môi trường ô nhiễm.